EIF3D：调控人类始发态多能性关键信号通路稳态的 “幕后英雄”

《SCIENCE ADVANCES》：EIF3D safeguards the homeostasis of key signaling pathways in human primed pluripotency

为探究翻译调控在维持多能干细胞（PSC）特性中的作用，研究人员开展了以 EIF3D 为关键靶点的研究。结果发现 EIF3D 对维持人类始发态多能性至关重要，其缺失会破坏相关信号通路平衡。该研究为理解多能性维持机制提供新视角。

　　在生命科学领域，多能干细胞（PSCs）一直是研究的热点。它就像生命的 “魔法种子”，具有自我更新和分化成各种细胞类型的神奇能力，在再生医学、药物研发等方面有着巨大的潜力。然而，尽管科学家们在转录因子网络、表观基因组和信号转导等层面深入探索了 PSCs 的特性，可这些特性背后的机制仍存在诸多谜团，相关研究成果也较为零散。例如，激酶信号在 PSCs 状态转换和维持中起着关键作用，但生长因子既能支持始发态多能性，又会启动细胞分化程序，如何维持二者间的平衡，一直是困扰科研人员的难题。同时，翻译调控作为连接基因表达和蛋白质合成的关键环节，在 PSCs 研究中虽有涉及，但整体了解还不够深入。在这样的背景下，开展深入研究以揭示 PSCs 特性维持的机制迫在眉睫。

为了攻克这些难题，研究人员开展了一系列研究。他们聚焦于翻译调控在 PSCs 中的作用，以 EIF3D（真核翻译起始因子 3 亚基 D）为关键研究靶点。研究发现，EIF3D 对维持人类始发态多能性起着不可或缺的作用。这一研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为该领域的研究开辟了新的方向。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用 CRISPR 干扰（CRISPRi）技术进行全基因组功能筛选，从而识别出对维持始发态多能性至关重要的基因。其次，通过核糖体谱分析，精确测定翻译效率的变化，深入探究 EIF3D 对翻译过程的调控机制。此外，RNA 测序技术也被用于全面分析基因表达谱的改变，从转录水平揭示 EIF3D 缺失对细胞的影响 。

研究结果具体如下：

• EIF3D 对维持人类始发态多能性至关重要：研究人员借助 CRISPRi 平台进行全基因组功能筛选，发现 EIF3D 在维持始发态多能干细胞自我更新方面表现突出。实验显示，EIF3D 基因敲低（KD）后，诱导多能干细胞（iPSCs）出现形态改变，细胞增殖显著减少，细胞周期也发生变化，S 期细胞数量明显下降，G₁和 G₂/M 期细胞增多。同时，核心多能性转录因子的表达降低，p53 通路被激活，这一系列变化表明 EIF3D 对维持人类始发态多能性至关重要。
• EIF3D 缺失削弱始发态多能性且对三胚层分化影响有限：通过对 EIF3D KD 细胞进行全基因组转录组分析，研究人员发现其基因表达谱与三胚层分化细胞及核心转录因子 KD 细胞差异明显，更趋向于进入一种独立状态，缺乏明确的谱系定向。这意味着 EIF3D 缺失会削弱始发态多能性，但对细胞向三胚层分化的影响相对较小。
• EIF3D 缺失损害三胚层分化能力：在 EIF3D KD 细胞的分化实验中，研究人员发现这些细胞在向三胚层分化时，特定谱系标记物的表达受限，无法正常分化。例如，在向肠内胚层（EN）、中胚层（ME）和神经外胚层（NE）分化时，相应的标记物 SOX17、HAND1、PAX6 等表达不足，且细胞仍保留部分多能性标记物 NANOG 的表达，这充分表明 EIF3D 缺失会损害细胞的三胚层分化能力。
• EIF3D 缺失对幼稚态多能性的影响慢于始发态多能性：研究人员对幼稚态 PSCs 进行研究时发现，在向始发态转变前诱导 EIF3D KD，幼稚态 PSCs 起初无明显异常。但在转变过程中，EIF3D KD 的幼稚态 PSCs 无法正常分化为始发态，出现大量细胞死亡。进一步比较发现，EIF3D KD 对幼稚态 PSCs 基因表达的影响比始发态 PSCs 更小，不过随着时间推移，EIF3D KD 的幼稚态 PSCs 也无法维持，这说明 EIF3D 对幼稚态和始发态多能性的维持均有重要作用，但在始发态 PSCs 中作用更为显著。
• EIF3D 协调始发态多能性关键信号通路的翻译：对 EIF3D KD 后第 3 天的细胞进行翻译状态分析，结果显示 EIF3D 缺失导致新蛋白合成减少，核糖体亚基 80S 积累，翻译起始受到抑制。核糖体谱分析表明，EIF3D KD 显著改变了众多基因的翻译效率，这些基因涉及 EGF、WNT、胰岛素、MAPK 和 TGFβ 等重要信号通路。同时，EIF3D KD 还会导致这些信号通路中关键蛋白的磷酸化状态改变，进而破坏信号通路的平衡。
• EIF3D 通过调节 p53 调节因子的翻译抑制 p53 蛋白表达：EIF3D KD 会使 p53 蛋白水平显著升高，但核糖体谱数据显示 p53 的翻译效率并无明显变化。深入研究发现，EIF3D 可通过调节 p53 调节因子的翻译间接影响 p53 蛋白表达。例如，RBBP6 作为 p53 蛋白稳定性的负调节因子，其翻译受 EIF3D 调控。RBBP6 KD 会模拟 EIF3D KD 的表型，进一步证实了 EIF3D 在调节 p53 蛋白表达中的重要作用。
• 人工失调信号平衡可重现多能性丧失：研究人员通过化学化合物和生长因子处理，模拟 EIF3D KD 导致的信号通路变化，发现这种处理会使细胞数量减少，多能性相关基因表达降低，细胞出现死亡现象。这表明 EIF3D KD 引发的多条信号通路失调是导致始发态多能性丧失的重要原因。

综合研究结论和讨论部分，该研究明确了 EIF3D 在维持人类始发态多能性中的关键作用。EIF3D 通过精细平衡激酶信号通路和抑制 p53 通路，保障了 PSCs 的自我更新和旺盛增殖。虽然研究中发现 EIF3D KD 导致的细胞增殖减少与抑制 mTOR 引起的 “滞育样” 状态有所不同，且 EIF3D 与 EIF4G2 虽有相互作用，但二者在维持始发态多能性方面的表现存在差异，这些都为后续研究提供了新的方向。此外，研究还表明除 EIF3D 外，可能还有其他翻译调节因子参与维持始发态多能性，这也为未来进一步深入探索多能性维持机制提供了重要线索。该研究成果为多能干细胞的研究和应用奠定了坚实的理论基础，有望推动再生医学和药物研发等领域的发展 。